(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された長辺側鋳型銅板と長辺側鋳型銅板の間に対向配置された短辺側鋳型銅板とからなる鋳型内壁と、
上記鋳型内壁を構成するそれぞれの鋳型銅板の外側に配設された、側面プレート、上面プレートおよび下面プレートから構成される断面がコの字型のモールドフレームと、
上記コの字型のモールドフレームの内部に設置され、かつ、上面プレートと下面プレートに接合する補強材と、
上記モールドフレーム内の補強材を除く部分に配設された電磁コイルとからなる電磁撹拌機能を有する連続鋳造用鋳型において、
上記補強材にノズルから冷却水を噴出して直接冷却する冷却装置が設けられてなることを特徴とする連続鋳造用鋳型。
【請求項２】
上記水冷装置は、補強材の温度を２００℃以下に冷却するものであることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造鋳型（モールド）に関するものであり、具体的には電磁撹拌装置によって鋳型内に注入された溶鋼に電磁力を作用させつつ鋼を連続鋳造する連続鋳造用鋳型に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼を連続鋳造して鋼素材であるスラブとする鋳型（モールド）は、対向配置された１対の長辺側鋳型銅板およびこれら長辺側鋳型銅板の間に対向間隔を変動可能に配置された１対の短辺側鋳型銅板とから構成された鋳型内壁と、上記長辺側鋳型銅板と短辺側鋳型銅板のそれぞれの外側にあてがわれた鋼製のモールドフレームとからなり、上記鋳型銅板の背面（モールドフレーム側）には、冷却スリットが形成され、ここに冷却水を導入して鋳型銅板の冷却を図る構造となっているのが普通である。
【０００３】
また、最近では、連続鋳造したスラブの品質を向上させるため、連続鋳造鋳型に電磁撹拌装置を設置し、溶鋼にローレンツ力（電磁力）を作用させることによって、浸漬ノズルから鋳型内へ注入された溶鋼吐出流にブレーキをかけたり、鋳型内の溶鋼を撹拌して介在物の浮上を促進したりすることが行われている。なお、上記電磁撹拌装置には、印加する電流として、交流電流を用いるもの、直流電流を用いるものなどがある。
【０００４】
上記電磁撹拌装置は、スラブ用連続鋳造鋳型の場合、図１に示したように、断面形状がコの字状（箱型）をした長辺側モールドフレーム２の内部に鋳型銅板１に沿って電磁コイル３を設置し、これによって鋳型内の溶鋼４に電磁力を作用させるものが普通である。しかしながら、従来の連続鋳造鋳型では、鋳型の剛性を確保する観点から、鋳型銅板１と接する部分のモールドフレームは厚く造られており、電磁コイルと鋳型銅板との間が大きく離れているため、電磁コイルから発した磁力が減衰し、溶鋼に対する十分な撹拌力が得られていなかった。そのため、近年における鋼品質に対する要求の厳格化に伴い、電磁撹拌装置に対するさらなる能力向上が望まれていた。
【０００５】
電磁撹拌能力を向上する方法としては、撹拌装置の大型化、大パワー化が考えられるが、鋳型のモールドフレーム内に設置するというスペース上の制約からは限界がある。そこで、電磁撹拌装置の電磁コイルを溶鋼により近づけて設置することで、磁力の減衰を少なくしてやることが検討されている。しかし、電磁コイルを溶鋼に近づけるためには、鋳型銅板と電磁コイルの間の距離を縮める必要があり、そのためには鋳型銅板と電磁コイルの間に存在するモールドフレームの厚さを薄くする必要がある。
【０００６】
ここで、上記モールドフレームは、鋳型銅板が溶鋼から受ける静鉄圧による変形や溶鋼による熱歪を背面から補強してやる役割を担うものであるため、モールドフレームを構成する鋼材を薄肉化することは、鋳型強度（剛性）の低下を招くという重大な問題を引き起こす。この問題を解決する技術として、特許文献１には、長辺側鋳型銅板の背面にあるモールドフレームの内部に厚さが６０ｍｍの補強用リブ（補強材）を配設し、その補強材の間に電磁コイルを設置することで、長辺側モールドフレームの剛性を低下させることなく、モールドフレームの厚みを薄くする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２７９５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の補強材をモールドフレーム内に設置することで、電磁撹拌装置の大型化や出力増大を行うことなく、電磁撹拌装置の能力を最大限に発揮させることが可能となった。しかしながら、発明者らの調査したところによれば、上記補強材を設置した場合には、電磁コイルから発生する磁束が補強材にも流れ、補強材内部に渦電流が発生して補強リブが発熱すること、上記発熱は、特に補強材に磁束が流れやすい交流を用いて電磁撹拌する場合に大きいこと、また、発熱温度は、連続鋳造するチャージ数が増すごとに上昇し、ときには５００℃〜７００℃の温度にまで加熱されることがあることが明らかとなった。
【０００９】
上記５００℃以上の発熱が繰り返し起された場合には、補強材が熱膨張と収縮を繰り返す結果、モールドフレームの内部に溶接により取り付けられた補強材の接合部が破壊されて剥離を起こしたり、鋳型銅板を支持しているモールドフレームが補強材の熱膨張、収縮の影響を受けて変形したり、鋳型銅板自体の平坦度が失われたりする結果、鋳型寿命が著しく低下するという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、補強材の温度上昇を抑制することによって連続鋳造鋳型の破損や変形を防止して鋳型寿命を延長させるとともに、電磁撹拌能力を最大限に発揮させた連続鋳造操業を安定して実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記課題を解決する手段について鋭意検討を重ねた。その結果、モールドフレーム内部に設置した補強材に冷却装置を配設して冷却してやること、好ましくは上記冷却装置により補強材の温度を２００℃以下にしてやることが望ましいことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、対向配置された長辺側鋳型銅板と長辺側鋳型銅板の間に対向配置された短辺側鋳型銅板とからなる鋳型内壁と、上記鋳型内壁を構成するそれぞれの鋳型銅板の外側に配設された、側面プレート、上面プレートおよび下面プレートから構成される断面がコの字型のモールドフレームと、上記コの字型のモールドフレームの内部に設置され、かつ、上面プレートと下面プレートに接合する補強材と、上記モールドフレーム内の補強材を除く部分に配設された電磁コイルとからなる電磁撹拌機能を有する連続鋳造用鋳型において、上記補強材にノズルから冷却水を噴出して直接冷却する冷却装置が設けられてなることを特徴とする連続鋳造用鋳型である。
【００１３】
本発明の連続鋳造用鋳型に設けられた上記水冷装置は、補強材の温度を２００℃以下に冷却するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、連続鋳造鋳型のモールドフレームを薄肉化して電磁コイルを溶鋼に近接させた電磁撹拌装置を有する連続鋳造鋳型における補強材の温度上昇を抑制することができるので、連続鋳造鋳型の破損や変形を伴うことなく溶鋼に対して最大限の電磁力を作用させることができるので、高品質の鋼素材を安定して製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の電磁攪拌装置を有する連続鋳造鋳型を説明する図である。
【図２】特許文献１の電磁攪拌装置を有する連続鋳造鋳型を説明する図である。
【図３】連続鋳造チャージ数と補強材の温度との関係を示すグラフである。
【図４】補強材の温度測定位置を説明する図である。
【図５】本発明の連続鋳造鋳型の１実施例を説明する図である。
【図６】水冷有無による補強材の温度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図２は、特許文献１に開示された連続鋳造鋳型を模式的に示したものである。
電磁撹拌装置の電磁コイル３は、モールドフレーム２の内側に、鋳型内壁を構成する１対の長辺鋳型銅板１を両面から挟み込むように設置されている。電磁コイル３からは、低周波数で大出力の磁力が発生しており、これを連鋳材（溶鋼）４に作用させることによって浸漬ノズルから吐出する溶鋼流を制御したり、未凝固の溶鋼を撹拌し、溶鋼中の介在物の浮上を促進したりしている。
そして、図２に示した鋳型では、さらに、モールドフレーム２の内部に、上面プレート２ａと下面プレート２ｂに接合する補強用リブ（補強材）５を配置し、その補強材５の間に分割した電磁コイルを配設されている。これによって、モールドフレーム２の溶鋼面側（鋳型銅板側）の側面プレート２ｃを薄肉化して電磁コイルを溶鋼に近づけ、攪拌機能の向上と薄肉化による鋳型剛性の低下防止を図っている。
【００１７】
上記モールドフレーム２および補強材５は、強度を確保するためＳＵＳ３０４等の鋼を用いて製造されている。そのため、図２に用いた連続鋳造鋳型を用いて電磁攪拌しながら連続鋳造した場合には、電磁コイルから発せられる磁束が溶鋼４だけでなく、電磁コイル間に設置された補強材５側にも流れて渦電流が発生し、これによる誘導加熱によって補強材５の温度が上昇する。
【００１８】
図３は、図２に示した連続鋳造鋳型を用いて、周波数３．５Ｈｚ、交流電流１０００Ａで交流磁界を掛けて電磁撹拌しつつ４チャージの連続鋳造を行ったときの、電磁コイル３間に設置された補強材５の温度変化を、図４に示したＡ〜Ｃの位置に熱電対を設置して測定した結果を示したものである。この図から、４チャージ後には、補強材の最高到達温度は５００℃にも達しており、チャージ数がさらに増加したり、電磁撹拌の周波数や電流値をさらに上げたりした場合には、さらに温度が上昇することが予想された。
【００１９】
上記のような加熱と冷却が繰り返された場合には、それによる熱膨張と収縮による熱疲労によって補強材とモールドフレームの接合部（溶接部分）が剥離を起こしたり、モールドフレームが熱歪によって変形して、鋳型銅板の平坦度が損なわれて正常な鋳造を行うことができなくなったりする。その結果、鋳型寿命が低下するだけでなく、鋳造したスラブの表面品質や内部品質にも悪影響を及ぼしたりすることになる。
【００２０】
そこで、本発明は、上記補強材の温度上昇を抑制するため、上記補強材の発熱部分に冷却装置を設置することを提案するものである。
図５は、本発明の１実施例の連続鋳造鋳型を示した模式図であり、図３において最も温度上昇が大きかった補強材のＣ部近傍（図４参照）の両面にノズルを設置し、このノズルから冷却水を噴出させて冷却を図る構造としたものである。
【００２１】
上記冷却装置は、補強材の最高到達温度を２００℃以下に冷却できるものであることが好ましい。２００℃以下であれば、熱膨張による悪影響が無視できる程度であるからである。より好ましくは、１５０℃以下である。
【００２２】
また、上記冷却装置は、補強材の温度を２００℃以下に冷却できるものであれば方式や形式は特に制限はない。したがって、上記のようにノズルから冷却水を噴出して直接冷却する方法に限定されるものではなく、例えば、水冷配管を補強材の表面に配設して間接冷却したり、鋳型銅板の冷却のように、補強材の内部に冷却水を流す溝を設けて冷却水を流すようにしたりしてもよい。また、冷却媒体も水に限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
鋳造幅が最大２０００ｍｍ、厚さが２６０ｍｍの断面積を有し、図５に示した本発明の連続鋳造鋳型を用いて連続鋳造を行い、図５に示した水冷ノズルから冷却水を噴出して冷却した場合と冷却しない場合における補強材の温度変化を測定した。なお、連続鋳造中、電磁攪拌装置には、周波数３．４Ｈｚで６００Ａの交流電流を印加し、このときの長辺鋳型銅板表面の磁束密度は４５０ガウスであった。また、補強材の温度測定は、最も温度が上昇する図４のＣの位置で行った。
上記測定の結果、図６に示したように、補強材の冷却を行わない場合には、補強材の温度は６００℃以上まで上昇したが、本発明の冷却装置（水冷ノズル）を使用することで、補強材の温度を２００℃以下に維持できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の技術は、上記に説明した鋳型内の溶鋼を電磁撹拌する電磁撹拌装置であれば、湾曲型、垂直型など、いずれの方式の連続鋳造鋳型にも適用することができる。また、本発明の技術が、スラブ用連続鋳造鋳型に限定されるものではなく、ブルームやビレット用の連続鋳造鋳型にも適用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１：鋳型銅板
２：モールドフレーム
２ａ：モールドフレームの上面プレート
２ｂ：モールドフレームの下面プレート
２ｃ：モールドフレームの側面プレート
３：電磁撹拌装置の電磁コイル
４：鋳造材（溶鋼）
５：補強材（補強リブ）
６：冷却装置（水冷ノズル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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